(57)【要約】【課題】  廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）を備え、連続的に廃熱回収運転モードを使用しても蒸発器の圧力上昇を防止できる蒸気圧縮式冷凍機の提供を課題とする。【解決手段】  膨脹機一体型圧縮機１００にてエネルギを回収する場合には、第１開閉弁３５が膨脹機一体型圧縮機１００の冷媒吐出側と放熱器１１との間の冷媒の流れを遮断するとともに、温度式膨張弁１５の流量調節部１５ｂが分岐部と蒸発器１４との間の冷媒の流れを遮断した後に、液ポンプ３２に冷媒を蒸気発生器３０→膨脹機一体型圧縮機１００→放熱器１１→蒸気発生器３０の順に循環させる。【選択図】        図１
2006017352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０、１００）と、
前記圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側に設けられ、冷媒を冷却する放熱器（１１）と、
前記放熱器（１１）から流出した冷媒を減圧する減圧手段（１３、１５ａ）と、
前記減圧手段（１３、１５ａ）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）とを備え、
前記蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には、冷媒を前記圧縮機（１０、１００）→前記放熱器（１１）→前記減圧手段（１３、１５ａ）→前記蒸発器（１４）→前記圧縮機（１０、１００）の順に循環させる蒸気圧縮式冷凍機において、
液相冷媒を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
前記放熱器（１１）から流出した液相冷媒を前記蒸気発生器（３０）に送る冷媒供給手段（３２）と、
前記蒸発器（１４）への冷媒の流入を遮断する冷媒遮断手段（１４ａ、１５ａ、１６）と、
前記蒸気発生器（３０）から流出した冷媒を膨脹させて前記蒸気発生器（３０）にて冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機（３３、１００）とを備え、
前記エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、前記冷媒遮断手段（１４ａ、１５ａ、１６）が前記蒸発器（１４）への冷媒の流入を遮断するとともに、前記冷媒供給手段（３２）により冷媒を前記蒸気発生器（３０）→前記エネルギ回収機（３３、１００）→前記放熱器（１１）→前記蒸気発生器（３０）の順に循環させることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項２】
前記冷媒遮断手段は、前記冷凍能力を発揮させる場合において、前記蒸発器（１４）の冷媒流れ下流側に配置され、前記蒸発器（１４）に冷媒流れが逆流することを防止する逆流防止手段（１４ａ）、および前記分岐部と前記蒸発器（１４）との間に配置され、冷媒流れを遮断する第２冷媒遮断手段（１５ｂ、１６）であり、
前記圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側から前記放熱器（１１）間の冷媒の流れを遮断可能な第１冷媒遮断手段（３５）と、
冷媒の流れを前記放熱器（１１）と前記減圧手段（１３、１５ａ）との間の分岐部で分岐し、前記第１冷媒遮断手段（３５）をバイパスして前記蒸気発生器（３０）へ導く液相配管（３１）とを備え、
前記冷媒供給手段（３２）は、前記液相配管（３１）に配置されており、
前記エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、前記第１冷媒遮断手段（３５）が前記圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側から前記放熱器（１１）間の冷媒の流れを遮断するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項３】
前記第２冷媒遮断手段は、冷媒通路を遮断状態または全開状態にする開閉弁（１６）であることを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項４】
前記開閉弁は、通電により冷媒通路の開閉を行う電磁弁（１６）であることを特徴とする請求項３に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項５】
前記第２冷媒遮断手段は、前記蒸発器（１４）の出口冷媒の過熱度が低い場合には冷媒通路の開度を遮断側に調節し、出口冷媒の過熱度が高い場合には冷媒通路の開度を全開側に調節する流量調節部（１５ｂ）であり、
前記減圧手段は、冷媒を減圧する減圧部（１５ａ）であり、
前記流量調節部（１５ｂ）と前記減圧部（１５ａ）とが一体となった温度式膨張弁（１５）を備えることを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項６】
前記放熱器（１１）と前記温度式膨張弁（１５）との間に配置され、前記放熱器（１１）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１２）とを備え、
前記分岐部は、前記液相冷媒の蓄液部に接続される前記液相配管（３１）と、前記蓄液部の冷媒を前記蒸発器（１４）側へ導く冷媒通路とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項７】
前記圧縮機（１０）と前記エネルギ回収機（３３）が一体となった膨脹機一体型圧縮機（１００）を備え、
前記膨脹機一体型圧縮機（１００）は、前記加熱器（３０）から流出した冷媒が流入するときには前記エネルギ回収機（３３）として機能するようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、特願２００３−４１００９４号の特許出願において、車両に搭載されるエンジンの廃熱から熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える車両用空調装置を提案している（以下、先願例と称す）。
【０００３】
この図４の先願例には、冷媒を膨張機一体型圧縮機１００→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４の順に流す空調運転モードが備えられている。
【０００４】
さらに、気液分離器１２の液相側と蒸気発生器３０とを接続する液相配管３１と、液相配管３１に配置され、液相冷媒を蒸気発生器３０に送る液ポンプ３２とを備え、冷媒を液ポンプ３２→蒸気発生器３０→膨張機一体型圧縮機１００→放熱器１１の順に流す廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）が備えられている。
【０００５】
これにより、空調運転モード時には車室内空間の空調ができ、廃熱回収運転モード時にはエンジン２０の廃熱を膨張機一体型圧縮機１００で回収することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、空調運転モード時における蒸発器１４の冷媒流れ下流側には、空調運転モードから廃熱回収運転モードに切り替わった時に蒸発器１４に冷媒流れが逆流することを防止する逆止弁１４ａが配置されている。空調運転モード時から廃熱回収運転モードに切り替わった時の逆止弁１４ａの蒸発器側（図４中の左側）の圧力は、蒸発器と反対側（図４中の右側）の圧力よりも小さいため、冷媒流れの逆流を防止できる。
【０００７】
しかし、先願例では減圧器１３の種類が特定されていないため、例えば減圧器１３がキャピラリチューブなどの固定絞りの場合には、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）を稼動すると、放熱器１１と蒸発器１４がキャピラリチューブ１３を介して連通してしまう。したがって、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）を連続使用すると蒸発器１４内の圧力が徐々に逆止弁１４ａの蒸発器と反対側（図４中の右側）の圧力まで上昇し、最悪の場合には蒸発器１４または配管などが破損するという問題がある。
【０００８】
また、蒸発器１４の圧力が高くなると、当然に逆止弁１４ａの蒸発器側（図４中の左側）圧力と、反対側（図４中の右側）圧力との差圧が無くなるため、逆止弁１４ａが正常に作動しなくなり、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）が正常に機能しなくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）を備える蒸気圧縮式冷凍機において、廃熱回収運転モード時における蒸発器の圧力上昇を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０、１００）と、圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側に設けられ、冷媒を冷却する放熱器（１１）と、放熱器（１１）から流出した冷媒を減圧する減圧手段（１３、１５ａ）と、減圧手段（１３、１５ａ）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）とを備え、
蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には、冷媒を圧縮機（１０、１００）→放熱器（１１）→減圧手段（１３、１５ａ）→蒸発器（１４）→圧縮機（１０、１００）の順に循環させる蒸気圧縮式冷凍機において、
液相冷媒を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、放熱器（１１）から流出した液相冷媒を蒸気発生器（３０）に送る冷媒供給手段（３２）と、蒸発器（１４）への冷媒の流入を遮断する冷媒遮断手段（１４ａ、１５ａ、１６）と、蒸気発生器（３０）から流出した冷媒を膨脹させて蒸気発生器（３０）にて冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機（３３、１００）とを備え、
エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、冷媒遮断手段（１４ａ、１５ａ、１６）が蒸発器（１４）への冷媒の流入を遮断するとともに、冷媒供給手段（３２）により冷媒を蒸気発生器（３０）→エネルギ回収機（３３、１００）→放熱器（１１）→蒸気発生器（３０）の順に循環させることを特徴としている。
【００１１】
これによると、冷媒遮断手段（１４ａ、１５ａ、１６）が蒸発器（１４）への冷媒の流入を遮断した後に冷媒供給手段が冷媒を循環させるため、当然に蒸発器（１４）には冷媒が流入しない。つまり、蒸発器（１４）内の圧力が上昇しないため、図４の先願例のように蒸発器（１４）に冷媒が流入することにより蒸発器（１４）内の圧力が上昇して蒸発器（１４）や配管などの破損を防止できる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、冷媒遮断手段として、冷凍能力を発揮させる場合において、蒸発器（１４）の冷媒流れ下流側に配置され、蒸発器（１４）に冷媒流れが逆流することを防止する逆流防止手段（１４ａ）と、分岐部と蒸発器（１４）との間に配置され、冷媒流れを遮断する第２冷媒遮断手段（１５ｂ、１６）とを配置し、
圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側から放熱器（１１）間の冷媒の流れを遮断可能な第１冷媒遮断手段（３５）と、冷媒の流れを放熱器（１１）と減圧手段（１３、１５ａ）との間の分岐部で分岐し、第１冷媒遮断手段（３５）をバイパスして蒸気発生器（３０）へ導く液相配管（３１）とを備え、
冷媒供給手段（３２）を液相配管（３１）に配置し、エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、第１冷媒遮断手段（３５）が圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側から放熱器（１１）間の冷媒の流れを遮断するようになっていることを特徴としている。
【００１３】
ところで、図４の先願例では蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合の蒸発器（１４）内の圧力、つまり逆流防止手段（１４ａ）の蒸発器側の圧力は、エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合の逆流防止手段（１４ａ）の蒸発器と反対側の圧力よりも低圧である。逆流防止手段（１４ａ）は、この差圧によりエネルギを回収する場合に冷媒が蒸発器（１４）へ逆流することを防止している。
【００１４】
しかし、本実施形態では、エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、第２冷媒遮断手段（１５ｂ、１６）が分岐部から蒸発器（１４）間の冷媒の流れを遮断する。したがって、図４の先願例のように放熱器（１１）と蒸発器（１４）は連通しない。これにより、エネルギを回収する作動を連続的に行っても蒸発器（１４）内の圧力は増加せず蒸発器（１４）または配管などの破損を防止できる。
【００１５】
また、蒸発器（１４）の圧力が増加しないため、当然に逆流防止手段（１４ａ）の蒸発器側圧力と、反対側圧力との差圧は無くならない。つまり、逆流防止手段（１４ａ）の作動不良が起きないため、エネルギを回収する作動のサイクルが異常を起こすことを防止できる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、第２冷媒遮断手段を、冷媒通路を遮断状態または全開状態にする開閉弁（１６）としてもよい。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、開閉弁を通電により冷媒通路の開閉を行う電磁弁（１６）としてもよい。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、第２冷媒遮断手段を蒸発器（１４）の出口冷媒の過熱度が低い場合には冷媒通路の開度を遮断側に調節し、出口冷媒の過熱度が高い場合には冷媒通路の開度を全開側に調節する流量調節部（１５ｂ）とし、減圧手段を、冷媒を減圧する減圧部（１５ａ）とし、
流量調節部（１５ｂ）と減圧部（１５ａ）とが一体となった温度式膨張弁（１５）を備えれば、圧縮機（１０、１００）が吸入を停止すると、蒸発器（１４）出口の圧力はごく短時間で蒸発器温度の飽和圧力となる。この時、温度式膨張弁（１５）は全閉状態となり、冷媒流路を遮断する。これにより、請求項２と同様にエネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合に蒸発器（１４）内の圧力の上昇を防止することができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、放熱器（１１）と温度式膨張弁（１５）との間に配置され、放熱器（１１）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１２）とを備え、
分岐部は、液相冷媒の蓄液部に接続される液相配管（３１）と、蓄液部の冷媒を蒸発器（１４）側へ導く冷媒通路とで構成されていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、図４の先願例のように放熱器（１１）と蒸発器（１４）は連通しない。したがって、請求項１と同様の理由により、エネルギを回収する作動を連続的に行っても蒸発器（１４）内の圧力は増加せず蒸発器（１４）または配管などの破損の防止、および逆流防止手段（１４ａ）の作動不良を防止できる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機（１０）とエネルギ回収機（３３）が一体となった膨脹機一体型圧縮機（１００）を備え、この膨脹機一体型圧縮機（１００）が加熱器（３０）から流出した冷媒が流入するときにはエネルギ回収機（３３）として機能するものであってもよい。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の蒸気圧縮式冷凍機を車両用空調装置に適用した第１実施形態を示している。本実施形態の車両用空調装置は、走行用動力を発生させる熱機関であるエンジン２０で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱および温熱を車室内空間の空調に利用するものである。
【００２４】
図１に示す膨張機一体型圧縮機１００は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１０としての機能と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機３３としての機能とを兼ね備える流体機械である。モータジェネレータ１００ａは、膨張機一体型圧縮機１００を圧縮機として稼動させる場合には、膨張機一体型圧縮機１００に動力（回転力）を与える動力源として稼動する。一方、膨張機一体型圧縮機１００を膨張機として稼動させる場合には、膨張機、つまり膨張機一体型圧縮機１００にて回収された動力にて電力を発せさせる発電機として稼動する回転電機である。なお、膨張機一体型圧縮機１００の構造については、後述する。
【００２５】
放熱器１１は、膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として稼動するときの吐出側に接続されており、外気に冷媒を放熱させる、つまり外気で冷媒を冷却する放冷器である。放熱器１１から流出した冷媒は、気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器１２（レシーバ）に流入する。
【００２６】
温度式膨張弁１５は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨張させる減圧部１５ａと、蒸発器出口温度の検知部１５ｃで検知した温度に応じて冷媒流量を遮断状態から全開状態まで調節する流量調節部１５ｂとを備えている。本実施形態では周知の感温筒１５ｃ側の圧力と蒸発器出口圧力との差に基づいて弁の開度を調節するダイヤフラムを使用した温度式膨張弁を使用している。これによると、蒸発器１４の出口圧力（出口冷媒の過熱度）が低い場合には冷媒通路の開度を遮断側にし、出口圧力（出口冷媒の過熱度）が高い場合には冷媒通路の開度を全開側に調節できる。
【００２７】
蒸発器１４は、減圧部１５ａにて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器である。蒸発器１４から流出した冷媒は再び膨張機一体型圧縮機１００に流入する。このように、圧縮機（膨張機一体型圧縮機１００）、放熱器１１、気液分離器１２、減圧部１５ａおよび蒸発器１４等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機（冷凍サイクル）が構成される。
【００２８】
ところで、本実施形態では発熱体であるエンジン２０を冷却するための冷却水が巡回するエンジン冷却回路が備えられている。エンジン冷却回路に配置される水ポンプ２２は、エンジン冷却水を循環させるものであり、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。冷却水バイパス回路２４は、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流す迂回路であり、サーモスタット２５は冷却水バイパス回路２４に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁である。
【００２９】
因みに、水ポンプ２２はエンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよいことは言うまでもない。
【００３０】
また、エンジン冷却回路におけるエンジン２０の冷媒流れ下流側部位、かつ冷凍サイクルにおける膨張機一体型圧縮機１００と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路には、蒸気発生器３０が配置されている。この蒸気発生器３０は、冷媒回路を流れる冷媒とエンジン２０の廃熱を回収したエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱するものである。
【００３１】
また、エンジン冷却回路において、三方弁２１はエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させる場合と循環させない場合とを切り替えるものである。なお、本実施形態では三方弁２１の作動は、電子制御装置により制御されている。
【００３２】
ところで、液相配管である第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を蒸気発生器３０のうち放熱器１１側の冷媒出入口側に導く冷媒通路である。この第１バイパス回路３１には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２および気液分離器１２側から蒸気発生器３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。なお、本実施形態では、液ポンプ３２は電動式のポンプであり、液ポンプ３２の作動は電子制御装置（図示せず）により制御されている。
【００３３】
また、第２バイパス回路３４は、膨張機一体型圧縮機１００が膨張機として稼動するときの冷媒出口側と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３４には、膨張機一体型圧縮機１００が膨張機と稼動するときの冷媒出口側から放熱器１１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３４ａが設けられている。
【００３４】
なお、逆止弁１４ａは蒸発器１４の冷媒出口側から圧縮機１０の吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するものである。また、蒸気発生器３０と放熱器１１との間に配置される第１開閉弁３５は、電子制御装置（図示せず）によりその開閉が制御されるものである。さらに、制御弁３６は、膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として作動する時には吐出弁、つまり逆止弁として作動し、膨張機として作動する時には開状態となるバルブであり、この制御弁３６の作動も電子制御装置（図示せず）により制御されている。このように、冷媒が膨脹機一体型圧縮機１００、凝縮器１１、気液分離器１２、液ポンプ３２等を流れるランキンサイクルが構成される。
【００３５】
また、電子制御装置には、エンジン２０からの吸熱後のエンジン冷却水の温度を検出する水温センサの検出温度Ｔｗ、空調装置用の電子制御装置から発せられる空調装置稼動信号（Ａ／Ｃ稼動要求信号）が入力される入力部が設けられている。
【００３６】
電子制御装置は、水温センサの検出温度、つまり廃熱温度ＴｗおよびＡ／Ｃ稼動要求信号の有無等に基づいて予め記憶されたプログラムに従って制御弁３６、液ポンプ３２および三方弁２１等の作動を制御する。
【００３７】
次に、膨脹機一体型圧縮機１０の概略構造およびその作動を述べる。
【００３８】
図２（ａ）は膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として作動する場合を示し、図２（ｂ）は膨張機一体型圧縮機１００が膨張機として作動する場合を示すものであり、本実施形態では、周知のベーン型の流体機械にて膨張機一体型圧縮機１００を構成している。
【００３９】
そして、膨張機一体型圧縮機１００を圧縮機として作動する際には、モータジェネレータ１００ａにてロータ１００ｂを回転させて冷媒を吸入圧縮するとともに、制御弁３６にて吐出された高圧冷媒がロータ１００ｂ側に逆流することが阻止される。
【００４０】
また、膨脹機一体型圧縮機１００を膨張機として稼動させる際には、制御弁３６を開いて蒸気発生器３０にて生成された過熱蒸気を膨脹機一体型圧縮機１００内に導入してロータ１００ｂを回転させて熱エネルギを機械的エネルギに変換する。
【００４１】
次に、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機（空調装置）の作動について述べる。本実施形態のランキンサイクルを有する蒸気圧縮式冷凍機は、以下の運転モードをＡ／Ｃ稼動要求信号の有無および廃熱温度Ｔｗに基づいて制御手段が切り換え制御するものであり、まず、空調運転モードおよび廃熱回収運転モードについて説明する。
【００４２】
１．空調運転モード
この運転モードは、蒸発器１４にて冷凍能力を発揮させながら放熱器１１にて冷媒を放冷する運転モードである。なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器１１で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
【００４３】
具体的には、液ポンプ３２を停止させた状態、かつ制御弁３６を逆止弁として機能させた状態でモータジェネレータ１００ａに通電してロータ１００ｂを回転させるとともに、三方弁２１を図１の破線で示すように作動させて蒸気発生器３０を迂回させて冷却水を循環させるものである。
【００４４】
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機（圧縮機）１００→蒸気発生器３０→放熱器１１→気液分離器１２→減圧部１５ａ→蒸発器１４→膨脹機一体型圧縮機（圧縮機）１００の順に循環する。なお、蒸気発生器３０にはエンジン冷却水が循環しないので、蒸気発生器３０にて冷媒は加熱されず、蒸気発生器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００４５】
したがって、減圧部１５ａにて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は圧縮機１００にて圧縮されて高温となって放熱器１１にて室外空気にて冷却されて凝縮する。
【００４６】
なお、本実施形態では、冷媒としてフロン（ＨＦＣ１３４ａ）を利用しているが、高圧
側にて冷媒が液化する冷媒であれば、ＨＦＣ１３４ａに限定されるものではない。
【００４７】
２．廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり圧縮機１００を停止させてエンジン２０の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。
【００４８】
具体的には、第１開閉弁３５が冷媒通路を遮断し状態、かつ制御弁３６が開いた状態で液ポンプ３２を稼動させるとともに、三方弁２１を図１の実線で示すように作動させてエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させるものである。
【００４９】
これにより、冷媒は、気液分離器１２→第１バイパス回路３１→蒸気発生器３０→膨脹機一体型圧縮機（膨張機）１００→第２バイパス回路３４→放熱器１１→気液分離器１２の順に循環する。
【００５０】
したがって、膨脹機一体型圧縮機１００、つまり膨張機には、蒸気発生器３０にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機一体型圧縮機１００に流入した蒸気冷媒は、膨脹機一体型圧縮機１００内で等エントロピ的に膨張しながらそのエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機一体型圧縮機１００は、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギをモータジェネレータ１００ａに与え、モータジェネレータ１００ａにより発電された電力は、バッテリやキャパシタ等の蓄電器に蓄えられる。
【００５１】
また、膨脹機一体型圧縮機１００から流出した冷媒は、放熱器１１にて冷却されて凝縮し、気液分離器１２に蓄えられ、気液分離器１２内の液相冷媒は、液ポンプ３２にて蒸気発生器３０側に送られる。
【００５２】
以上に述べたように、廃熱回収運転モードでは、ラジエータ２３にて熱として大気中に捨てられていた熱エネルギを電力等の容易に利用することができるエネルギに変換するので、車両の燃費、つまりエンジン２０の燃料消費量を低減することができ得る。
【００５３】
また、廃熱回収運転モードでは、エンジン２０の廃熱により発電するので、オルタネータ等の発電機をエンジン２０にて駆動する必要性が低減し、エンジン２０の燃料消費量をさらに低減することができる。
【００５４】
次に、第１実施形態による作用効果を列挙すると、（１）廃熱回収運転モード時に、温度式膨張弁１５の流量調節部１５ｂが気液分離器１２から蒸発器１４間の冷媒の流れを遮断するため、廃熱回収運転を連続的に行っても蒸発器１４内の圧力は増加せず蒸発器１４または配管などの破損を防止できる。
【００５５】
ところで、空調運転モード時の蒸発器１４内の圧力、つまり逆止弁１４ａの蒸発器側の圧力（本実施形態では約０．３ＭＰａ）は、膨張機一体型圧縮機１００にてエネルギを回収する場合の逆止弁１４ａの蒸発器と反対側の圧力（本実施形態では、約１ＭＰａ）よりも低圧である。逆止弁１４ａは、この差圧により廃熱回収運転モード時に冷媒が蒸発器１４へ逆流することを防止している。
【００５６】
図４の先願例のように放熱器１１と蒸発器１４が連通している場合には、廃熱回収運転モードを連続することにより、蒸発器１４側、つまり蒸発器内圧力（本実施形態では約０．３ＭＰａ）が蒸発器と反対側の圧力（本実施形態では、約１ＭＰａ）まで上昇する場合がある。
【００５７】
しかし、圧縮機が吸入を停止すると、エバポレータ出口の圧力はごく短時間でエバポレータ温度の飽和圧力となり、温度式膨張弁は全閉状態となって冷媒流路を遮断する。
【００５８】
これにより、エネルギを回収する作動を連続的に行っても蒸発器１４内の圧力は増加せず蒸発器１４または配管などの破損を防止できる。
【００５９】
また、蒸発器１４の圧力が増加しないため、当然に逆止弁１４ａの蒸発器側圧力と、反対側圧力との差圧は無くならい。つまり、逆止弁（差圧弁）１４ａの図１中、左右の圧力差が無くなり、逆止弁１４ａの作動不良が起きることが無いため、エネルギ回収運転モード（ランキンサイクル）が異常を起こすことを防止できる。
【００６０】
さらに、空調運転モードを再起動する時に、蒸発器１４に溜まった高圧の液冷媒を膨張機一体型圧縮機１００が吸入しなくてよいため、膨張機一体型圧縮機１００の動力負荷を小さくでき、冷房能力を発揮するまでの時間を短くすることができる。
【００６１】
（２）圧縮機１０とエネルギ回収機３３が一体となった膨脹機一体型圧縮機１００を使用しているため、別体の圧縮機１０とエネルギ回収機３３を配置する場合に比べてより少ないスペースで圧縮機機能とエネルギ回収機能を備えることができる。
【００６２】
さらに、圧縮機１０とエネルギ回収機３３を配置するには、圧縮機１０とエネルギ回収機３３の作動に応じて、圧縮機１０とエネルギ回収機３３が配置される配管の開閉を制御する開閉弁を備えなければならない。しかし、膨脹機一体型圧縮機１００では、配管と弁を半減できるため、蒸気圧縮式冷凍機全体としてのコストを低減することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図３の本実施形態は、第１実施形態とほぼ同構成であるが空調運転モード時の放熱器１１の冷媒流れ下流側に配置されていた気液分離器１２（レシーバ）が蒸発器１４の冷媒流れ下流側に配置されている点が異なる。また、第１実施形態のおける減圧手段および遮断手段であった温度式膨張弁１５に換えて、電磁弁１６とキャピラリチューブ１３が配置されている。
【００６４】
そして、廃熱回収運転モード時には、第１開閉弁３５と電磁弁１６が冷媒通路を遮断して、液ポンプ３２が冷媒を液ポンプ３２が冷媒を蒸気発生器３０→膨張機一体型圧縮機１００→放熱器１１→蒸気発生器３０の順に循環させる。
【００６５】
これによると、第１実施形態の作用効果（１）と同様の理由により、蒸発器１４または配管などの破損と、エネルギ回収運転モード（ランキンサイクル）が異常を起こすことを防止できる。
【００６６】
また、電磁弁１６が確実に冷媒通路を遮断するため、減圧手段１３の種類が温度式膨張弁１５に限定されなくなり、安価なキャピラリチューブなどを使用することができる。さらに、空調運転モード時における蒸発器１４の冷媒流れ下流側部位に気液分離器（アキュムレータ）１７を配置したアキュムレータサイクルにも第１実施形態の作用効果（１）を発揮させることができる。
【００６７】
なお、本実施形態においても当然に第１実施形態で述べた作用効果（２）を発揮させることができる。
【００６８】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機１００にて回収したエネルギを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギ又はバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。
【００６９】
また、第１、第２実施形態（図１、図３）では、加熱器３０を放熱器１１と膨脹機一体型圧縮機１００との間に直列に配置したが、加熱器３０にて冷媒を加熱するのは、廃熱回収運転時のみであることから、加熱器３０を放熱器１１と膨脹機一体型圧縮機１００との間に並列に配置してもランキンサイクルを稼動させることができる。
【００７０】
また、冷媒を加熱する熱源として、車両に搭載された各種機器から発生する廃熱、例えば、ターボの吸気熱、インバーター、燃料電池（ＦＣ）の発生熱、補機の廃熱を用いてもよい。そして、１つの熱源のみを用いて冷媒を加熱してもよいし、複数の熱源を併用して冷媒を加熱してもよい。
【００７１】
また、上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機１００、圧縮機および膨張機としてベーン型の流体機械を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７２】
また、本発明の適用は、車両用の空調装置に限定されるものではなく、定置用の冷凍サイクル（冷凍機）にも適用できる。
【００７３】
また、上述の実施形態では圧縮機と膨張機とが一体となった膨脹機一体型圧縮機１０を用いたが、圧縮機と膨張機をそれぞれ独立して設けてもよい。
【００７４】
また、上述の実施形態では、感温筒の温度と蒸発器出口温度とに基づいて、冷媒流量を調節する温度式膨張弁の例を示したが、温度式膨張弁はこれに限られるものではなく、例えば温度検知部にサーミスタなどを使用し、検知温度に基づいてアクチュエータが冷媒通路の開度を調節する流量調節部を有する電子式膨張弁であってもよい。
【００７５】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機の図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図４】先願例に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…圧縮機、１１…放熱器、１２…気液分離器、
１３…キャピラリチューブ（減圧手段）、１４…蒸発器、１４ａ…逆止弁、
１５…温度式膨張弁、１５ａ…減圧部（減圧手段）、
１５ｂ…流量調節部（第２冷媒遮断手段）、
１６…電磁弁（第２冷媒遮断手段、開閉弁）、３０…蒸気発生器、
３１…第１バイパス回路（液相配管）、３２…液ポンプ（冷媒供給手段）、
３３…エネルギ回収機、３５…第１開閉弁（第１冷媒遮断手段）、
１００…膨張機一体型圧縮機（圧縮機、膨張機）。
【図１】
2006017352.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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